兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 122-130.doi: 10.12382/bgxb.2022.0482
收稿日期:
2022-06-03
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
LI Jing1, SUN Xiaoxia2,*(), MA Xinglong1, ZHU Wenxiang1
Received:
2022-06-03
Online:
2024-01-30
摘要:
近年来开孔泡沫金属运用于散热设备逐渐成为研究的热点。由于开孔泡沫金属结构复杂无序,数值模拟时大都将其结构进行化简,目前已有种类繁多的简化模型,然而适用于其传热与流动特性模拟研究的简化模型尚不明确;另外,适用于散热领域的泡沫金属结构参数有待详细研究。为此,建立开孔泡沫金属的5种简化三维模型,并进行传热和流动特性的对比研究,认为Gibson-Ashby模型更能准确描述实际开孔泡沫金属的传热和流动性能。在此基础上,采用Gibson-Ashby模型对开孔泡沫金属的关键结构参数进行传热和流动综合性能分析,发现孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片的综合性能j/f1/3(j为换热因子,f为阻力因子)最优;将孔隙率90%、孔密度30PPI开孔泡沫金属翅片与平直翅片进行对比,发现开孔泡沫金属翅片换热效果是平直翅片的2倍以上,综合性能也优于平直翅片。所得研究成果可为开孔泡沫金属在换热领域的应用和设计提供参考。
中图分类号:
李婧, 孙晓霞, 马兴龙, 朱文祥. 开孔泡沫金属传热和流动特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 122-130.
LI Jing, SUN Xiaoxia, MA Xinglong, ZHU Wenxiang. Heat Transfer and Flow Characteristics of Open-cell Metal Foams[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 122-130.
网格数目 | 出口温度 T/K | T相对 误差/% | 进口压力 p/Pa | p相对误 差/% |
---|---|---|---|---|
1636256 | 305.26 | 73.13 | ||
2603518 | 305.19 | 0.023 | 72.55 | 0.793 |
3671255 | 305.14 | 0.016 | 72.29 | 0.358 |
表1 网格无关性验证结果
Table 1 Verified results for grid independence
网格数目 | 出口温度 T/K | T相对 误差/% | 进口压力 p/Pa | p相对误 差/% |
---|---|---|---|---|
1636256 | 305.26 | 73.13 | ||
2603518 | 305.19 | 0.023 | 72.55 | 0.793 |
3671255 | 305.14 | 0.016 | 72.29 | 0.358 |
ε/% | PPI | h/(W·m-2·K-1) | Δp/(Pa·m-1) | j/f1/3 |
---|---|---|---|---|
90 | 10 | 1020.41 | 1410.14 | 0.106 |
90 | 20 | 1267.25 | 1733.78 | 0.155 |
90 | 30 | 1620.77 | 2782.24 | 0.213 |
95 | 10 | 663.88 | 481.35 | 0.099 |
95 | 20 | 924.89 | 1056.42 | 0.133 |
95 | 30 | 1143.73 | 1799.92 | 0.174 |
表2 开孔泡沫金属翅片各结构对比
Table 2 Comparison of open-cell metal foam fin structures
ε/% | PPI | h/(W·m-2·K-1) | Δp/(Pa·m-1) | j/f1/3 |
---|---|---|---|---|
90 | 10 | 1020.41 | 1410.14 | 0.106 |
90 | 20 | 1267.25 | 1733.78 | 0.155 |
90 | 30 | 1620.77 | 2782.24 | 0.213 |
95 | 10 | 663.88 | 481.35 | 0.099 |
95 | 20 | 924.89 | 1056.42 | 0.133 |
95 | 30 | 1143.73 | 1799.92 | 0.174 |
a/mm | b/mm | c/mm | d/mm | e/mm | f/mm | ε/% |
---|---|---|---|---|---|---|
50.8 | 10.16 | 0.25 | 3.05 | 10.16 | 0.5 | 90 |
表3 平直翅片及加热板尺寸参数
Table 3 Dimension parameters of flat fin and heating plate
a/mm | b/mm | c/mm | d/mm | e/mm | f/mm | ε/% |
---|---|---|---|---|---|---|
50.8 | 10.16 | 0.25 | 3.05 | 10.16 | 0.5 | 90 |
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